В первой части этой серии статей был представлен обзор характеристик проточных батарей, основанный на недавнем отчете IDTechEx «Проточные редокс-батареи 2020-2030: прогноз, проблемы, возможности». Во второй статье будет представлен более подробный анализ различных химических составов, демонстрирующий основные технологии проточных редокс-батарей, доступные в настоящее время или находящиеся в разработке, начиная с наиболее широко используемых и исследуемых проточных редокс-батарей (RFB): ванадиевых проточных редокс-батарей (VRFB).
Первоначально исследованные НАСА, а затем разработанные в 1980-х годах исследовательской группой под руководством Марии Скиллас-Казакос в Новом Южном Уэльсе, Австралия, ванадиевые проточные редокс-батареи (VRFB) в настоящее время являются наиболее изученной и производимой технологией в области проточных редокс-батарей. Помимо различных типов проточных редокс-батарей (RFB), ванадиевая технология (и аналогично, полностью железные RFB) использует один и тот же электроактивный вид (ванадий) в обоих электролитах, но с различными степенями окисления. В процессе зарядки и разрядки VRFB происходят следующие реакции:
Рисунок 1. Правая сторона — Химическая реакция, происходящая на границе анода и катода. Левая сторона — Различные цвета ванадиевого электролита, обусловленные различными степенями окисления.
Низкая эффективность преобразования энергии и высокая стоимость ванадия (которая напрямую влияет на стоимость электролита) — два основных недостатка ванадиевых проточных батарей. Только на электролит приходится от 30% до 40% общей стоимости технологии. Чтобы смягчить влияние стоимости ванадия на общую систему, все больше компаний начинают сотрудничать с горнодобывающими компаниями, занимающимися добычей ванадия. Цель такого сотрудничества — улучшить характеристики ванадиевого электролита за счет увеличения концентрации ванадия (молей ванадия на литр электролита). Это позволит повысить плотность энергии батареи и снизить затраты.
Согласно исследованию IDTechEx, стало ясно, что некоторые горнодобывающие компании заинтересованы в технологии ванадиевых проточных батарей (VRFB). Это касается, в частности, южноафриканской горнодобывающей компании Bushveld Minerals. Bushveld Minerals активно продвигает внедрение ванадиевых проточных батарей в Африке. За пределами Африки Bushveld поддержала слияние двух производителей VRFB (британской компании redT и американской Avalon Battery), а в 2019 году объявила о приобретении доли в Enerox-CellCube, ранее известной как Gildemeister AG.
Хотя ванадиевые технологии доминировали на рынке проточных батарей, в последние годы на рынке появляется все больше других редокс-проточных батарей.
Цинково-бромные проточные редокс-аккумуляторы (ЦБР):
Помимо ванадиевых проточных аккумуляторов, цинково-бромная технология является второй по распространенности.
Технически отличаясь от ванадиевых проточных аккумуляторов, ЦБР основаны на твердом цинковом электроде и жидком бромном электролите, что обеспечивает этой технологии более высокую плотность энергии, чем у ванадиевых проточных аккумуляторов.
Благодаря доминированию австралийской компании Redflow и американской Primus на рынке, эта технология медленно (но неуклонно) завоевывает позиции на рынке проточных аккумуляторов.
Полностью железные проточные редокс-батареи (Fe-RFB):
Разработанные американской компанией ESS Inc., эти перспективные полностью железные проточные редокс-батареи характеризуются использованием железа в качестве электроактивного вещества в обоих электролитах (католите и анолите). Низкая стоимость железного электролита обеспечивает значительное экономическое преимущество; однако другие ограничения, такие как выделение водорода, влияют на этот тип батарей.
Органические проточные батареи для малого барабана (ORFB):
Еще один тип проточных батарей, встречающийся на рынке, — это органические проточные батареи, технически схожие с VRFB, но использующие органический электролит.
В то время как ванадиевые проточные батареи используют неорганический электролит на основе солей ванадия, ORFB — или иногда называемые «бесметаллическими проточными батареями» — основаны на органических электролитах, таких как хинон, пиридин или молекулы «TEMPO» (2,2,6,6-тетраметил-1-пиперидинилокси).
Несмотря на приближение к выходу на рынок, несколько компаний разрабатывают этот тип проточных батарей, в том числе немецкая Jena Batteries и французская Kemiwatt.
Кроме того, в настоящее время реализуются европейские проекты HIGREEW по развитию реакторов на окислительной основе.
Другие технологии:
Водородно-бромный проточный аккумулятор — одна из перспективных редокс-проточных батарей, приближающихся к выходу на рынок. За разработкой этой технологии стоит голландская компания Elestor, которая в 2019 году получила многомиллионные инвестиции от голландского конгломерата Koolen Industries, а также от EIT Innoenergy, одного из первых инвесторов Elestor. Кроме того, компания участвует в европейском проекте MELODY, связанном с разработкой устойчивой технологии редокс-проточных батарей, которая может эффективно снизить затраты на хранение электроэнергии для крупномасштабного производства энергии.
Развитие технологии проточных редокс-аккумуляторов усиливает конкуренцию и интерес к этой технологии. Как отмечается в отчете IDTechEx, в течение следующих 10 лет ожидается среднегодовой темп роста примерно в 30%, хотя растущее внедрение возобновляемых источников энергии и «зеленая» политика, направленная на сокращение выбросов загрязняющих веществ, может привести к еще большему распространению этой технологии.
